US-Forschungsteam entwickelt E-Auto-Batterie für alle Jahreszeiten
Batterien von E-Autos haben eine kritische Schwachstelle: Kälte. Den meisten Fahrer:innen von Teslas und anderen E-Fahrzeugen ist es schon aufgefallen, dass die Batterie im Winter wesentlich schneller leer ist als in wärmeren Jahreszeiten. Das wirkt sich natürlich negativ auf die Reichweite aus (wir berichteten). Nun hat ein Team der Argonne and Lawrence Berkeley National Laboratories des US-Energieministeriums eine neue chemische Lösung entwickelt, die die Batterien vor Kälte schützen und eine optimale Ladung zu jeder Jahreszeit ermöglichen soll, berichtet Science Daily.
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Elektrolyt schützt Batterie vor Kälte
Bei den derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien liegt das Hauptproblem laut den Forschenden im flüssigen Elektrolyt. Diese Schlüsselkomponente der Batterie überträgt Ionen zwischen den beiden Elektroden der Batterie. Sie sorgt so für das Laden und Entladen der Batterie. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt beginnt die Flüssigkeit jedoch zu gefrieren. Dieser Zustand schränkt die Effektivität des Aufladens stark ein. Das Forschungsteam hat nun einen fluorhaltigen Elektrolyten entwickelt, der auch bei Minusgraden gut funktionieren soll.
„Unser Team hat nicht nur einen Frostschutzelektrolyten gefunden, dessen Ladeleistung bei minus vier Grad Celsius nicht nachlässt, sondern wir haben auch auf atomarer Ebene herausgefunden, was ihn so effektiv macht“, erklärt Zhengcheng Zhang, ein leitender Chemiker und Gruppenleiter in der Abteilung für Chemische Wissenschaften und Technik von Argonne. Dieser Niedrigtemperatur-Elektrolyt sei vielversprechend für Batterien in Elektrofahrzeugen sowie für die Energiespeicherung in Stromnetzen, Smartphones und Computern.
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Funktion auf atomarer Ebene analysiert
Das Team untersuchte mehrere fluorhaltige Lösungsmittel. Sie konnten die Zusammensetzung ermitteln, die die niedrigste Energiebarriere für die Freisetzung von Lithiumionen aus den Clustern bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufwies. Sie bestimmten auch auf atomarer Ebene, warum diese spezielle Zusammensetzung so gut funktionierte. Es hing von der Position der Fluoratome in den einzelnen Lösungsmittelmolekülen und ihrer Anzahl ab.
Bei Tests mit Laborzellen behielt der fluorierte Elektrolyt des Teams eine stabile Energiespeicherkapazität für 400 Lade-/Entladezyklen bei minus vier Grad Celsius. Selbst bei dieser Minustemperatur entsprach die Kapazität derjenigen einer Zelle mit einem herkömmlichen Elektrolyten auf Karbonatbasis bei Raumtemperatur. „Unsere Forschung hat somit gezeigt, wie man die atomare Struktur von Elektrolyt-Lösungsmitteln maßschneidern kann, um neue Elektrolyte für Minustemperaturen zu entwickeln“, so Zhang.
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Team patentiert Lösung und sucht Industriepartner
Der Gefrierschutz-Elektrolyt hat laut den Forschenden einen zusätzlichen Vorteil: Er sei viel sicherer als die derzeit verwendeten Elektrolyte auf Karbonatbasis, da er sich nicht entzünden könne. „Wir lassen unseren Niedrigtemperatur- und Sicherheitselektrolyten patentieren und suchen jetzt nach einem Industriepartner, der ihn an eines seiner Designs für Lithium-Ionen-Batterien anpasst“, kündigt Zhang an.
